(57)【要約】【課題】許容負荷モーメントを若干超えるツールをロボットアームに搭載する場合、モータ及び減速機の劣化や損傷を防ぐために姿勢範囲を制限する必要があるが、許容される姿勢範囲を簡単に理解することができない。【解決手段】判定部１４は、傾斜センサ３０が検出した傾斜角度が閾値を超えたか否かの判定を行い、傾斜角度が閾値を超えていると判定した場合、報知部１６に警告信号を出力して、その旨を報知させる。あわせて、判定部１４は、システムコントロール部１１にモーション制御部１３に警告信号を出力し、モーション制御部１３のマニピュレータ２０に対する作動を停止させる。教示作業者にエンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを簡単に伝えることができ、標準仕様の制御プログラムの機能範囲内でのマニピュレータの姿勢制限を可能にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータの先端に対してエンドエフェクタが取り付けられ、前記エンドエフェクタに、エンドエフェクタの傾斜角度を検出する傾斜センサが取り付けられ、前記傾斜センサが検出した傾斜角度が閾値を超えた際、警告信号を出力する出力部と、
前記出力部の警告信号に応じて、警告作動する警告作動部を備えることを特徴とするマニピュレータの姿勢警告装置。
【請求項２】
前記警告作動部が警告を報知する報知部であることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータの姿勢警告装置。
【請求項３】
ティーチングプレイバック方式で前記マニピュレータを制御する制御部と、
前記制御部に接続されて、ティーチングを行う教示装置を備え、
前記警告作動部は、前記制御部であって、前記警告信号に基づいて、前記マニピュレータを停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマニピュレータの姿勢警告装置。
【請求項４】
前記警告作動部が、前記教示装置に設けられた表示部であることを特徴とする請求項３に記載のマニピュレータの姿勢警告装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータの姿勢警告装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マニピュレータの可搬質量内ではあるものの、重心位置によりツール姿勢制御軸の許容負荷モーメントを若干超えるような負荷をツール姿勢制御軸のアームに搭載した場合、当該ツール姿勢制御軸のモータ及び減速機の通常の仕様範囲外の劣化・損傷を防ぐために、ツールの姿勢範囲の制限が必要となる。すなわち、ツール姿勢制御軸の回転中心とツールの重心位置を結ぶ直線と重力方向との角度が制限角度を超えないようにする必要がある。
【０００３】
従来は、上記制限角度を超えないようにするために下記の２つの方法が知られている。１つ目は、計算によって求めた制限角度を超えない範囲で作業者が、目視により、或いはそれに準ずる手段により判断して教示するという、運用方法による方法である（以下、従来技術１という）。２つ目は、マニピュレータの制御プログラムに従って、ロボット制御装置がマニピュレータの先端に取り付けた付加物の質量と重心位置等に基づいて、各軸に負荷される静的モーメントを求め、静的モーメントが、減速機或いはモータの定格値を超える場合は、アラーム出力或いはマニピュレータの動作停止を行う方法である（特許文献１参照、以下、従来技術２という）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術１は、人の意識・判断によるところが大きく、また、ツール姿勢制御軸の回転中心とツールの重心位置を結ぶ直線と重力方向とがなす角度を目視確認することが困難なため、マニピュレータの姿勢制限の確実性が乏しい問題がある。また、従来技術２は、複雑な制御が必要であるためにロボット制御装置の演算負荷を増大させ、基本のマニピュレータの姿勢制御能力への悪影響が懸念される一方、仕様範囲内のツールを搭載した通常の用途では、前記静的モーメントの演算は不要な機能である。
【０００６】
本発明の目的は、教示作業者にエンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができるとともに、マニピュレータの姿勢制御を行う制御プログラムに、複雑な処理を組み込むことなく、標準仕様の制御プログラムの機能範囲内でのマニピュレータの姿勢制限を可能にすることができるマニピュレータの姿勢警告装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、マニピュレータの先端に対してエンドエフェクタが取り付けられ、前記エンドエフェクタに、エンドエフェクタの傾斜角度を検出する傾斜センサが取り付けられ、前記傾斜センサが検出した傾斜角度が閾値を超えた際、警告信号を出力する出力部と、前記出力部の警告信号に応じて、警告作動する警告作動部を備えることをマニピュレータの姿勢警告装置を要旨としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記警告作動部が警告を報知する報知部であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２において、ティーチングプレイバック方式で前記マニピュレータを制御する制御部と、前記制御部に接続されて、ティーチングを行う教示装置を備え、前記警告作動部は、前記制御部であって、前記警告信号に基づいて、前記マニピュレータを停止することを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３において、前記警告作動部が、前記教示装置に設けられた表示部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、教示作業者にエンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができるとともに、マニピュレータの姿勢制御を行う制御プログラムに、複雑な処理を組み込む必要がないので、ロボット制御装置の演算負荷も増大することがなく、標準仕様の制御プログラムの機能範囲内でのマニピュレータの姿勢制限を可能にすることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、教示作業者に対して報知部の警告報知により、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができる。
請求項３の発明によれば、マニピュレータが停止することにより、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができ、また、マニピュレータが停止することにより、エンドエフェクタを作動する減速機、モータの負荷の抑制ができ、モータ及び減速機の通常の仕様範囲外の劣化・損傷を防止できる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、教示作業者に対して表示部の表示による警告報知により、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の姿勢警告装置の概略図。
【図２】（ａ）は、マニピュレータを正面側（ツール座標系の反Ｘ軸方向）から見たときのマニピュレータのツールの取り付けを示す説明図、（ｂ）は、マニピュレータを側面側（ツール座標系の反Ｙ軸方向側）から見たときのマニピュレータのツールの取り付けを示す説明図。
【図３】傾斜センサの検出する傾斜角度の説明図。
【図４】第２実施形態の姿勢警告装置の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のマニピュレータの姿勢警告装置をロボット制御装置に具体化した第１実施形態を図１、図２を参照して説明する。
図１に示すロボット制御装置１０は、ティーチングプレイバック方式で溶接用トーチ２９を備えた６軸のマニピュレータ２０を制御するためのものである。ロボット制御装置１０は、ＣＰＵからなるシステムコントロール部１１、ロボットの作業プログラム等のティーチングデータを格納する記憶部１２、マニピュレータ２０を制御するモーション制御部１３、後述する傾斜センサ３０が検出した溶接用トーチ２９の傾斜角度検出信号が後述する閾値を超えたか否かを判定する判定部１４、後述する傾斜センサ３０からの傾斜角度検出信号を入力するためのインターフェイス１５を備えている。教示点等のティーチングデータは、教示装置としてのティーチペンダントＴＰを介して入力され、システムコントロール部１１は、入力されたティーチングデータを記憶部１２に格納する。
【００１５】
また、システムコントロール部１１は、ティーチペンダントＴＰからジョグ操作による操作指令が入力されると、モーション制御部１３にその操作指令を出力する。モーション制御部１３は制御部及び警告作動部に相当する。また、前記判定部１４は、出力部に相当する。
【００１６】
記憶部１２は、例えば、ハードディスク等の書き込み読出し可能な記憶装置により構成されている。また、ロボット制御装置１０は報知部１６を備えて、前記判定部１４と接続されている。報知部１６は、警告ランプ及びブザーからなり、警告作動部に相当する。
【００１７】
マニピュレータ２０について説明すると、図１に示すようにマニピュレータ２０の旋回ベース２２は基台２１の上に取り付けられ、第１軸Ｊ１回りに旋回する。旋回ベース２２の上には下アーム２３が取り付けられ、第２軸Ｊ２回りに揺動する。下アーム２３の上端には上アーム２４が取り付けられ、第３軸Ｊ３回りに揺動する。上アーム２４の先端部には胴体２５が取り付けられて、上アーム２４の長手方向の第４軸Ｊ４回りに回転する。
【００１８】
胴体２５の先端部には揺動体２６が取り付けられて、第４軸Ｊ４に直交する第５軸Ｊ５回りに揺動する。揺動体２６の先端部には回転体２７が取り付けられて、第５軸Ｊ５に直交する第６軸Ｊ６回りに回転する。回転体２７には、取付ブラケット２８及を介して溶接用トーチ２９が取り付けられている。ここで、回転体２７、取付ブラケット２８及び溶接用トーチ２９はエンドエフェクタに相当する。また、溶接用トーチ２９はツールに相当する。第１軸Ｊ１乃至第６軸Ｊ６の各軸には、図示しない減速機を介したモータが設けられていて、ロボット制御装置１０のモーション制御部１３からの指令を入力して駆動される。回転体２７には、傾斜センサ３０が設けられている。傾斜センサ３０は２軸の傾斜角度が検出可能なセンサである。
【００１９】
図３を参照して傾斜センサ３０が検出する傾斜角度を説明する。
図３の座標系は、ツール（溶接用トーチ２９）の所定部位を原点とした右手直交座標であるツール座標系を示し、ツール座標系のｚ軸は、溶接用トーチ２９の重心Ｇと第４軸Ｊ４と第５軸Ｊ５の交点Ｋを通過する鉛直軸Ｐと一致するように設定されている。
【００２０】
溶接用トーチ２９の重心Ｇと前記交点Ｋを通過する直線をＬとし、直線Ｌがツール座標系のｘｚ平面上に含まれるときの、直線Ｌとｚ軸（鉛直軸Ｐ）とのなす角度をツール重心角度θとする。また、溶接用トーチ２９が、ｘｚ平面から移動して、その重心Ｇが図３に示すＧ１で示す位置に位置したとすると、交点Ｋと重心Ｇ１を結ぶ直線Ｌ１は図３に示すようになる。この直線Ｌ１を、ｘｚ平面上に投射したときの直線をＬｘｚとし、ｙｚ平面上に投射したときの直線をＬｙｚとする。
【００２１】
傾斜センサ３０は、鉛直軸Ｐと直線Ｌｘｚとなす傾斜角度αと、鉛直軸Ｐと直線Ｌｙｚとなす傾斜角度βの検出を行う。この傾斜センサ３０の傾斜角度検出信号は、電圧であるがここでは便宜的に傾斜角度α，βという。
【００２２】
（第１実施形態の作用）
さて上記のように構成された、ロボット制御装置１０の作用を説明する。
図１に示すように教示作業者はティーチペンダントＴＰをジョグ操作することにより、ロボット制御装置１０に操作指令を送出すると、モーション制御部１３は、その操作指令に基づいてマニピュレータ２０を動作させる。また、傾斜センサ３０は、マニピュレータ２０の動作において、検出周期毎に傾斜角度α、βをロボット制御装置１０に送出する。
【００２３】
判定部１４は、検出周期毎に、それぞれ前記傾斜角度αが閾値αｒを超えたか否かの判定と、傾斜角度βが閾値βｒを超えたか否かの判定を行う。なお、閾値αｒ及び閾値βｒは、以下のように設定される。すなわち、第４軸Ｊ４および第５軸Ｊ５の許容負荷モーメントが略同一値である場合、閾値αｒは、第５軸Ｊ５に負荷される静的モーメントが、第５軸Ｊ５を回転駆動するモータ及び減速機の定格（許容負荷モーメント）を超えるときの角度に設定されている。また、閾値βｒは、第４軸Ｊ４に負荷される静的モーメントが、第４軸Ｊ４を回転駆動するモータ及び減速機の定格（許容負荷モーメント）を超えるときの角度に設定されている。なお、第６軸Ｊ６の角度によっては、第４軸Ｊ４と第５軸Ｊ５に対して負荷される静的モーメントが入れ替わることがある。特に、第４軸Ｊ４および第５軸Ｊ５の各許容負荷モーメントに相違がある場合において、上述した閾値αｒおよびβｒをそれぞれの軸に設定すると、第６軸Ｊ６の角度によっては、負荷される静的モーメントが入れ替わることにより、片方の軸が許容負荷モーメントを越えることが想定される。したがって、第４軸Ｊ４および第５軸Ｊ５の許容負荷モーメントに相違がある場合は、より小さい許容負荷モーメントを持つ軸に設定されるべき閾値を、第４軸Ｊ４または第５軸Ｊ５の共通の閾値として設定するとよい。
【００２４】
前記判定部１４は、前記傾斜角度αが閾値αｒを超えていると判定した場合、または、傾斜角度βが閾値βｒを超えていると判定した場合は、報知部１６に警告信号を出力して、その旨を報知させる。すなわち、警告ランプを点灯するとともにブザーを鳴動させる。
【００２５】
あわせて、前記判定部１４は、システムコントロール部１１にモーション制御部１３に警告信号を出力し、モーション制御部１３のマニピュレータ２０に対する作動を停止させる。さらに、システムコントロール部１１に、傾斜角度α，βのいずれが閾値を超えたかの報知信号を出力する。システムコントロール部１１は、その報告信号をティーチペンダントＴＰに出力し、その報告信号に基づいて、ティーチペンダントＴＰが備える表示装置１７にいずれの傾斜角度α，βのいずれが閾値を超えたかを表示し、教示作業者に報知する。表示装置１７は、表示部に相当する。
【００２６】
この結果、教示作業者は、報知部１６の報知作動及びマニピュレータ２０の停止により、負荷が許容負荷モーメントを超えた傾斜角度に達したため、停止したことが分かるとともに、ティーチペンダントＴＰの表示装置１７の表示により、どの傾斜角度が閾値を超えたかが分かる。
【００２７】
本実施形態によれば、下記の特徴がある。
（１）  本実施形態のロボット制御装置は姿勢警告装置として、マニピュレータ２０の先端に対して、回転体２７、取付ブラケット２８及び溶接用トーチ２９（エンドエフェクタ）が取り付けられ、回転体２７（エンドエフェクタ）に、エンドエフェクタの傾斜角度を検出する傾斜センサ３０が取り付けられ、傾斜センサ３０が検出した傾斜角度α，βが閾値αｒ，βｒを超えた際、警告信号を出力する判定部１４（出力部）と、判定部１４（出力部）の警告信号に応じて、警告作動する報知部１６（警告作動部）を備える。
【００２８】
この結果、本実施形態によれば、教示作業者にエンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができるとともに、マニピュレータ２０の姿勢制御を行うプログラムに、複雑な処理を組み込む必要がないのでロボット制御装置の演算負荷も増大することがなく、標準仕様の制御プログラムの機能範囲内でのマニピュレータの姿勢制限を可能にすることができる。
【００２９】
（２）  本実施形態の姿勢警告装置において、報知部１６は、警告作動部として警告を報知する。この結果、本実施形態の姿勢警告装置によれば、教示作業者に対して報知部１６の警告報知により、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができる。
【００３０】
（３）  本実施形態の姿勢警告装置は、ティーチングプレイバック方式でマニピュレータ２０を制御するロボット制御装置１０であり、ロボット制御装置１０のモーション制御部１３（制御部）は、警告作動部として警告信号に基づいて、マニピュレータ２０を停止する。この結果、マニピュレータが停止することにより、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができ、また、マニピュレータが停止することにより、エンドエフェクタを作動する減速機、モータの負荷の抑制ができ、モータ及び減速機の通常の仕様範囲外の劣化・損傷を防止できる。
【００３１】
（４）  本実施形態の姿勢警告装置は、ティーチペンダントＴＰ（教示装置）の表示装置１７（表示部）が、警告作動部として機能する。この結果、教示作業者に対して表示装置１７の表示による警告報知により、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一構成については、同一符号を付して説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。本実施形態では、第１実施形態の構成中、ロボット制御装置１０の判定部１４及び報知部１６が省略される代わりに、傾斜センサ３０は、姿勢警告装置４０に電気的に接続され、姿勢警告装置４０は、ロボット制御装置１０のインターフェイス１５に電気的に接続されているところが異なっている。
【００３３】
姿勢警告装置４０は、ＣＰＵからなる判定部４１を備えており、傾斜センサ３０が検出した溶接用トーチ２９の傾斜角度検出信号（傾斜角度α，β）が第１実施形態の判定部１４と同様に閾値を超えたか否かを判定するようにされている。判定部４１は、出力部に相当する。また、姿勢警告装置４０は、報知部４２を備えている。報知部４２は、警告ランプ及びブザーからなり、警告作動部に相当する。
【００３４】
（第２実施形態の作用）
次に、第２実施形態の作用を説明する。
図４に示すように教示作業者が、第１実施形態と同様にティーチペンダントＴＰをジョグ操作してマニピュレータ２０を動作させると、傾斜センサ３０は、マニピュレータ２０の動作において、検出周期毎に傾斜角度α、βをロボット制御装置１０に送出する。
【００３５】
姿勢警告装置４０は、傾斜センサ３０の検出周期毎に、それぞれ前記傾斜角度αが閾値αｒを超えたか否かの判定と、傾斜角度βが閾値βｒを超えたか否かの判定を行う。姿勢警告装置４０は、前記傾斜角度αが閾値αｒを超えていると判定した場合、または、傾斜角度βが閾値βｒを超えていると判定した場合は、報知部４２に警告信号を出力して、その旨を報知させる。すなわち、報知部４２の警告ランプを点灯するとともにブザーを鳴動させる。
【００３６】
あわせて、姿勢警告装置４０は、ロボット制御装置１０に警告信号を出力する。システムコントロール部１１は、その警告信号をモーション制御部１３に出力し、モーション制御部１３のマニピュレータ２０に対する作動を停止させる。さらに、システムコントロール部１１に、傾斜角度α，βのいずれが閾値を超えたかの報知信号を出力する。システムコントロール部１１は、その報告信号をティーチペンダントＴＰに出力し、その報告信号に基づいて、ティーチペンダントＴＰが備える表示装置１７にいずれの傾斜角度α，βのいずれが閾値を超えたかを表示し、教示作業者に報知する。表示装置１７は、表示部に相当する。
【００３７】
本実施形態によれば、第１実施形態の（４）の効果の他に下記の特徴がある。
（１）  本実施形態の姿勢警告装置では、マニピュレータ２０の先端に対して、回転体２７、取付ブラケット２８及び溶接用トーチ２９（エンドエフェクタ）が取り付けられ、回転体２７（エンドエフェクタ）に、エンドエフェクタの傾斜角度を検出する傾斜センサ３０が取り付けられ、傾斜センサ３０が検出した傾斜角度α，βが閾値αｒ，βｒを超えた際、警告信号を出力する判定部４１（出力部）と、判定部４１（出力部）の警告信号に応じて、警告作動する報知部４２（警告作動部）を備える。
【００３８】
この結果、本実施形態によれば、教示作業者にエンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができるとともに、マニピュレータ２０の姿勢制御を行うプログラムに、複雑な処理を組み込む必要がないので、ロボット制御装置の演算負荷も増大することがなく、標準仕様の制御プログラムの機能範囲内でのマニピュレータの姿勢制限を可能にすることができる。
【００３９】
（２）  本実施形態の姿勢警告装置において、報知部４２は、警告作動部として警告を報知する。この結果、本実施形態の姿勢警告装置によれば、教示作業者に対して報知部４２の警告報知により、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができる。
【００４０】
（３）  本実施形態の姿勢警告装置では、ロボット制御装置１０のモーション制御部１３（制御部）は、警告作動部として、警告信号に基づいて、マニピュレータ２０を停止する。この結果、マニピュレータが停止することにより、エンドエフェクタの傾斜角度が制限角度オーバーであることを伝えることができ、また、マニピュレータが停止することにより、エンドエフェクタを作動する減速機、モータの負荷の抑制ができ、モータ及び減速機の通常の仕様範囲外の劣化・損傷を防止できる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように構成してもよい。
・  前記実施形態では、警告を発するか否かを判定するための閾値αｒおよび閾値βｒとして、計算された閾値を設定するようにした。計算された閾値を設定する代わりに、負荷検出モニタを設け、このモニタを見ながら、許容できないレベルの負荷が発生するタイミングを作業者が判断し、作業者自身の手により設定できるように構成してもよい。すなわち、作業者は、マニピュレータのエンドエフェクタの角度を徐々に変更しながら負荷モーメントの検出値をモニタしておき、負荷モーメントが許容できないレベルに到達したタイミングを教示する。ロボット制御装置は、このタイミングでの値をハードディスクに記憶して閾値αｒおよび閾値βｒを設定する。このようにすることで、マニピュレータの個体差に応じた姿勢制限を可能にすることができる。
【００４２】
・  前記実施形態では、傾斜センサ３０は、回転体２７に取り付けたが、取付ブラケット２８、または溶接用トーチ２９に取り付けるようにしてもよい。
・  前記報知部１６は、警告ランプまたはブザーのいずれか一方にしてもよい。
【００４３】
・  前記報知部１６による警告ランプの色は、傾斜角度α、βのどちらが閾値を越えたかによって変更してもよい。具体的には、傾斜角度αが閾値αｒを越えたときはランプを黄色に発光させ、傾斜角度βが閾値βｒを越えたときは燈色に発光させるようにしてもよい。もちろん、警告ランプの色を変更する代わりに、警告ランプ自体を２つ設け、いずれかを点灯させるようにしても良い。
【００４４】
・  前記各実施形態では、傾斜センサ３０は２軸の傾斜センサとして、傾斜角度α、βを検出するようにしたが、１軸の傾斜センサでもよい。この場合、傾斜角度αまたは傾斜角度βを検出するものとする。
【００４５】
・  前記実施形態では、６軸の溶接ロボットであるマニピュレータ２０のエンドエフェクタの傾斜角度を検出するようにしたが、６軸のロボットに限定するものではなく、１軸ないし複数軸のツール姿勢制御軸を有するロボットや自動機械に具体化してもよい。
【００４６】
・  また、マニピュレータは溶接ロボットのマニピュレータに限定されるものではなく、他の産業用ロボットのマニピュレータに具体化してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
α，β…傾斜角度、αｒ，βｒ…閾値、
１０…ロボット制御装置、１３…モーション制御部（制御部、警告作動部）、
１４…判定部（出力部）、１６…報知部（警告作動部）、
２０…マニピュレータ、３０…傾斜センサ、
４１…判定部（出力部）、４２…報知部（警告作動部）。
【図１】
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【図２】
2013198959.tif 000004
【図３】
2013198959.tif 000005
【図４】
2013198959.tif 000006